1. Traînée atmosphérique
Lorsqu'un vaisseau spatial pénètre dans l'atmosphère terrestre, il rencontre une traînée, qui est une force qui s'oppose à son mouvement. Cette friction entre la surface du véhicule et les molécules d'air provoque un ralentissement de l'engin spatial.
La chaleur générée par la friction avec les molécules d’air augmente la température à la fois de la peau externe du vaisseau spatial et de l’air ambiant. Cette chaleur est appelée chauffage aérothermique.
2. Ondes de pression et de choc
La vitesse élevée à laquelle un vaisseau spatial rentre dans l’atmosphère provoque la compression de l’air qui se trouve devant lui, ce qui entraîne une augmentation de la pression. Cela génère une onde de choc qui se propage vers l’extérieur depuis le nez du vaisseau spatial.
L'onde de choc entraîne des changements de pression soudains et importants, provoquant d'intenses vibrations dans tout le vaisseau spatial. Ces vibrations peuvent endommager des équipements sensibles et perturber les opérations aériennes si elles ne sont pas correctement gérées.
3. Panne de plasma et de radio
Le passage à grande vitesse du vaisseau spatial dans l'atmosphère entraîne l'ionisation des molécules d'air, ce qui crée une couche de plasma autour du véhicule. Ce plasma réfléchit les ondes radio, provoquant une coupure des fréquences radio. Cela peut perturber les liaisons de communication avec les stations au sol, compliquant ainsi le suivi et le contrôle lors de la rentrée.
4. Déploiement du parachute
Pour réduire davantage sa vitesse, le vaisseau spatial peut déployer des parachutes. Ces appareils utilisent la traînée créée par l’augmentation de la surface pour ralentir le vaisseau spatial.
5. Amerrissage
Enfin, le vaisseau spatial entre dans l’eau à une vitesse contrôlée. Ceci est fait pour réduire les forces d'impact et les vibrations potentiellement dangereuses qui pourraient survenir lors d'un atterrissage brutal.
La conception et les matériaux utilisés dans la construction d'un vaisseau spatial sont essentiels pour résister aux forces extrêmes rencontrées lors de la rentrée et garantir le retour en toute sécurité du véhicule et de ses passagers.
L'ingénierie de Splashdown :NASA et SpaceX
Le processus d’amerrissage implique plusieurs considérations et systèmes d’ingénierie clés. Explorons comment la NASA et SpaceX gèrent cette phase de leurs missions.
1. Planifier la rentrée
Avant la rentrée, les ingénieurs aérospatiaux calculent soigneusement la trajectoire, l'angle et la vitesse auxquels le vaisseau spatial devrait croiser l'atmosphère terrestre. Ces calculs visent à équilibrer la sécurité et l’efficacité énergétique.
2. Protection thermique
Pour protéger le vaisseau spatial du chauffage aérothermique intense, la NASA et SpaceX utilisent des systèmes de protection thermique (TPS). Il s'agit de matériaux résistant à des températures élevées, généralement fabriqués à partir de matériaux ablatifs ou de matériaux composites.
Par exemple, le vaisseau spatial Orion de la NASA utilise un système de protection thermique avancé connu sous le nom de matériau Avcoat, qui est un composite de fibre de carbone recouvert d'une couche de silice. Le matériau peut supporter des températures allant jusqu'à 2 200 degrés Celsius (3 992 degrés Fahrenheit).
Pendant ce temps, le vaisseau spatial Dragon de SpaceX utilise un bouclier thermique PICA (Phenolic Impregnated Carbon Ablator). Le PICA est un matériau léger et très efficace qui peut résister à des températures allant jusqu'à 2 760 degrés Celsius (5 000 degrés Fahrenheit).
3. Manœuvre
Pour résister aux vibrations intenses provoquées par les ondes de choc, les vaisseaux spatiaux comme Orion et Dragon sont conçus avec des formes aérodynamiques qui minimisent les effets des ondes de choc. Ils utilisent également des systèmes de contrôle qui ajustent l'attitude du vaisseau spatial et le stabilisent lors de la rentrée.
4. Gestion des pannes radio
Pour gérer la phase de coupure radio, la NASA et SpaceX utilisent plusieurs stratégies de communication. Celles-ci peuvent inclure l’installation de systèmes de communication redondants et diversifiés sur le vaisseau spatial, utilisant des signaux à plus haute fréquence capables de mieux pénétrer la couche ionisée, et la planification stratégique des passes de communication.
5. Déploiement du parachute
Une fois que le vaisseau spatial ralentit suffisamment, des parachutes sont déployés pour réduire davantage la vitesse. Le vaisseau spatial Orion de la NASA utilise trois parachutes, chacun mesurant plus de 100 pieds de diamètre, pour atteindre le taux de descente souhaité.
Le vaisseau spatial Dragon de SpaceX, quant à lui, utilise un système unique à double parachute. Les parachutes stabilisateurs sont déployés en premier pour stabiliser l'engin. Ensuite, les parachutes principaux, plus gros et plus puissants, sont largués pour assurer une descente contrôlée et sécuritaire.
Conclusion
L'amerrissage est une phase critique du processus de rentrée d'un vaisseau spatial qui nécessite une ingénierie et une planification méticuleuses. La NASA et SpaceX ont développé et mis en œuvre des technologies innovantes pour gérer les différentes forces et défis rencontrés au cours de cette phase, garantissant ainsi le retour en toute sécurité des astronautes et des charges utiles précieuses.
